基于au6802n1的旋转变压器信号接口电路设计

激励调理电路的拓扑分为双电源和单电源供电两种，本文选取双电源booster功率放大电路，可节省器件开销。电路基本工作原理为rso/com输出经过隔直电容ci后，取到有效的交流信号，再经过后级的运放和npn、pnp三极管互补推挽电路进行功率放大，最终得到正弦度较好的激磁电压信号。为了保证系统的稳定性，加入cf来补偿相位。输出励磁信号的幅值可通过调节rext来实现。参数设计通常满足以下原则：rex≤zro/10ω(zro为旋变输入阻抗，见表1)，rf≥50kω，ri×ci>500μs，rf×cf5μs。本设计方案参数选取分别为：运放选用tl082c，±v为±15v，c0=470pf，ri=22k，ci=0.01uf，rf=100k，cf=100pf，r1=r2=3.3k，r3=r4=4.7ω，rext=10ω。

图5 au6802n1接口电路板

反馈滤波调理电路设计

旋转变压器输出的正余弦信号是不能直接送给rdc的，里面可能含有许多干扰信号，必须经过调理滤波，满足要求之后，才能送给rdc。反馈调理滤波电路有4个功能：设定输入增益、抑制共模干扰、过滤外界噪音干扰、检测s1-s4断线故障。

输入增益的选取原则为：根据旋变信号(s1-s4)电压级别，将信号调整到大概为2-3倍的vp-p，才能送给au6802n1。由此可确定增益g的大小，同时g满足如下计算公式：

(4)

电阻ri1、ri2选用精度与输出数据分辨率有关。输出数据分辨率为10位时，电阻精度≤1%;分辨率为12位时，电阻精度≤0.25%。

电路中, 两个电容cc的参数相同，起抑制共模干扰信号的作用;电容cn 和两个ri1电阻构成了低通滤波器，过滤外界噪音干扰，滤波器定时常数由外部环境决定，计算公式为：

(5)

直流电源vext和电阻rbh、rbl起检测信号线s1-s4断线故障的作用，取值通常在小于旋变输出阻抗范围内尽可能大。

结合表1、公式(4)和(5)，本设计选取反馈滤波调理电路各参数为：ri1=200k/1‰，ri2=20k/1‰，cn=100pf，rh=68k，rl=20k，cc=1000pf。

旋变励磁信号反馈给r1e、r2e时，必须串入电阻进行分压，分压之后的电压不能超过au6802n1供电电源vcc。本设计取rr1=rr2=240k。此外，当旋转变压器信号s1-s3和s2-s4的激励单元和激励旋转变压器的外部输入信号r1e与r2e间有相位差，则r/d转换器的环路增益会相应地下降。通常相位差>10°这可以通过增加电容调节电路相位差。由表1可知，励磁信号输入相移-5°，可以不加电容进行相位补偿。

dsp接口电路设计

dsp接口电路为转速数字信号提供了方便的接口。数据传送方式分为三种：并行i/o口模式，abz脉冲模式，spi通信模式。本设计采用后两种方式。由于au6802n1的输出数字信号为5v电平，dsp为3.3v电平，因此中间需要加入电平转换芯片，保证电平的匹配。

如图5所示，为au6802n1硬件接口电路板。提供了四种接口：分别为电源接口、旋变接口、abz脉冲信号接口和spi通信接口。电源接口提供给au6902n1的供电电压+5v和旋变励磁供电电压±15v，旋变信号接口提供旋变励磁信号和接受正余弦反馈信号，同时该板兼容两种转速信号输出方式：spi通信方式和abz脉冲信号方式，实际应用时可供不同需要灵活选取，且互不冲突，易实现与dsp通信。

仿真与实验研究

利用saber对au6802n1外围主电路电路图进行仿真，激磁调理电路仿真结果如图6所示。将硬件电路板应用在五对极永磁同步电机驱动系统中，此时试验中给定旋变励磁信号为10khz，当电机工作在5000rpm时，测试结果为：图7为au6802n1接收到的旋变正弦信号和余弦信号波形图。图8为au6802n1 以脉冲接口工作模式输出给dsp控制器后，输出的实际转子位置波形图。由此可见，该硬件电路及其参数设计正确可行。

图6 激励调理电路仿真波形

图7 旋变正余弦信号波形

图8 转子位置波形图

结语

基于多摩川公司的au6802n1所设计的旋转变压器信号接口电路简单可靠，信号输出模式灵活，与dsp数字信号处理器之间接口方便。通过仿真和实验可见，该接口电路输出的位置信号波形品质好，无毛刺并具备很强抗干扰能力，可实现位置检测，并具有较高的精度，因此本文设计的au6802n1硬件接口电路及其参数正确可行。这在高可靠性和高速运行的交流伺服系统中，具有很高的应用价值。